(57)【要約】【課題】簡単な構造で燃料を改質装置に供給することができる改質装置用燃料供給装置及びこれを含む燃料電池システムを提供する。【解決手段】本発明による燃料電池システムは、水素及び酸素の電気化学的な反応によって電気エネルギーを発生させる電気発生部、熱エネルギーによる触媒反応によって燃料から水素を含む改質ガスを発生させて、この改質ガスを前記電気発生部に供給する改質装置、前記熱エネルギーを発生させて、この熱エネルギーを前記改質装置に提供するバーナー、前記燃料を前記改質装置に供給する燃料供給装置、空気を前記電気発生部に供給する空気供給部を含み、前記燃料供給装置は、前記燃料を保存するメイン燃料タンク、前記メイン燃料タンク及び前記改質装置に連結設置される補助燃料タンク、前記補助燃料タンクに接触設置されて、この補助燃料タンクに保存された燃料を加熱する加熱ユニットを含む。【選択図】図１
2006244996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナーから熱エネルギーの提供を受けて、触媒反応によって燃料から水素を含む改質ガスを発生させる改質装置用燃料供給装置において、
前記燃料を保存するメイン燃料タンク；
前記メイン燃料タンク及び前記改質装置に連結設置される補助燃料タンク；及び
前記補助燃料タンクに接触設置されて、この補助燃料タンクに保存された燃料を加熱する加熱ユニット；を含む、改質装置用燃料供給装置。
【請求項２】
前記メイン燃料タンクは、その容積が前記補助燃料タンクの容積より大きい、請求項１に記載の改質装置用燃料供給装置。
【請求項３】
前記補助燃料タンクに保存された前記燃料が前記加熱ユニットによって加熱されながら前記改質装置に供給される構造からなる、請求項２に記載の改質装置用燃料供給装置。
【請求項４】
前記メイン燃料タンク及び前記補助燃料タンクの内部の圧力差によって、前記メイン燃料タンクに保存された燃料が前記補助燃料タンクに供給される構造からなる、請求項３に記載の改質装置用燃料供給装置。
【請求項５】
前記補助燃料タンクは、前記メイン燃料タンクに各々連結設置される第１タンク及び第２タンクを含む、請求項１に記載の改質装置用燃料供給装置。
【請求項６】
前記加熱ユニットは、前記補助燃料タンクの外周面にコイル形態に巻かれた熱線からなる、請求項１に記載の改質装置用燃料供給装置。
【請求項７】
前記加熱ユニットは、前記補助燃料タンクの外周面にコイル形態に巻かれながら前記バーナーから排出される高温の排出ガスを通過させる第１パス部材を含む、請求項１に記載の改質装置用燃料供給装置。
【請求項８】
前記加熱ユニットは、前記補助燃料タンクの外周面にコイル形態に巻かれながら前記改質装置から排出される高温の排出ガスを通過させる第２パス部材を含む、請求項１に記載の改質装置用燃料供給装置。
【請求項９】
水素及び酸素の電気化学的な反応によって電気エネルギーを発生させる電気発生部；
熱エネルギーによる触媒反応によって燃料から水素を含む改質ガスを発生させて、この改質ガスを前記電気発生部に供給する改質装置；
前記熱エネルギーを発生させて、この熱エネルギーを前記改質装置に提供するバーナー；
前記燃料を前記改質装置に供給する燃料供給装置；及び
空気を前記電気発生部に供給する空気供給部；を含み、
前記燃料供給装置は、前記燃料を保存するメイン燃料タンク、前記メイン燃料タンク及び前記改質装置に連結設置される少なくとも一つの補助燃料タンク、及び前記補助燃料タンクに接触設置されて、この補助燃料タンクに保存された燃料を加熱する加熱ユニット；を含む、燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料は液体である、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記バーナーは、気体の燃料及び空気の酸化反応によって前記熱エネルギーを発生させる構造からなる、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記メイン燃料タンクは、その容積が前記補助燃料タンクの容積より大きい、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記補助燃料タンクは、前記メイン燃料タンクに各々連結設置される第１タンク及び第２タンクを含む、請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記メイン燃料タンク及び前記第１タンクが第１パイプラインによって連結設置されて、前記第１パイプライン上に第１開閉バルブが設置される、請求項１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記メイン燃料タンク及び前記第２タンクが第２パイプラインによって連結設置されて、前記第２パイプライン上に第２開閉バルブが設置される、請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記第１タンク及び前記改質装置が第３パイプラインによって連結設置されて、前記第３パイプライン上に第３開閉バルブが設置される、請求項１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記第２タンク及び前記改質装置が第４パイプラインによって連結設置されて、前記第４パイプライン上に第４開閉バルブが設置される、請求項１６に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記加熱ユニットは、前記補助燃料タンクの外周面にコイル形態に巻かれた熱線からなる、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記加熱ユニットは、前記補助燃料タンクの外周面にコイル形態に巻かれながら前記バーナーから排出される高温の排出ガスを通過させる第１パス部材を含む、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記第１パス部材は、前記バーナーの排出部に連結設置される、請求項１９に記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
前記加熱ユニットは、前記補助燃料タンクの外周面にコイル形態に巻かれながら前記改質装置から排出される高温の排出ガスを通過させる第２パス部材を含む、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項２２】
前記第２パス部材は、一側端部が前記改質装置の排出部に連結設置され、他側端部が前記電気発生部に連結設置される、請求項２１に記載の燃料電池システム。
【請求項２３】
前記空気供給部は空気ポンプである、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項２４】
前記電気発生部を複数含み、これら電気発生部の集合体構造によるスタックを形成する、請求項９に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに関し、より詳しくは、改質装置を含む燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、メタノール、エタノール、天然ガスのような炭化水素系の物質内に含まれている水素及び酸素の電気化学的な反応によって電気エネルギーを発生させる発電システムである。
【０００３】
このような燃料電池において、最近になって開発された高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ；以下、便宜上、ＰＥＭＦＣとする）は、出力特性が優れていて、作動温度が低く、始動特性及び応答特性が速いので、自動車のような移動用電源はもちろん、住宅、公共建物のような分散用電源、及び電子機器用のような小型電源など、その応用範囲が広いという長所がある。
【０００４】
このようなＰＥＭＦＣ方式を採用した燃料電池システムは、スタック（ｓｔａｃｋ）、改質装置（ｒｅｆｏｒｍｅｒ）、燃料タンク、及び燃料ポンプなどを含む。スタックは、水素及び酸素の電気化学的な反応によって電気エネルギーを発生させる複数の単位セルからなる電気発生集合体を形成し、燃料ポンプは、燃料タンクに保存された燃料を改質装置に供給する。改質装置は、バーナーから提供される熱エネルギーを吸熱し、燃料の触媒反応によって水素を含む改質ガスを発生させて、この改質ガスをスタックに供給する。
【０００５】
一方、このような構造の燃料電池システムにおいて、燃料が改質装置に供給されるためには、燃料ポンプが稼動しなければならず、これに消耗される電気エネルギーは、燃料電池システム全体を駆動させるための電力以外に追加的に発生する寄生電力となるので、これによって、前記燃料電池システム全体の性能やエネルギー効率が低下する問題点がある。
【０００６】
また、従来の燃料電池システムは、前記のような燃料ポンプの設置空間が必要であるので、システム全体の大きさをコンパクトに実現することができない問題点があった。
【０００７】
また、従来の燃料電池システムは、別途の予熱装置を利用して改質装置に供給される燃料を予熱するので、前記燃料を予熱するためのエネルギーの消耗によって、システム全体の性能及び効率が低下する問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記問題点を勘案して創出されたものであって、その目的は、簡単な構造で燃料を改質装置に供給することができる改質装置用燃料供給装置及びこれを含む燃料電池システムを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、バーナーまたは改質装置から発生する熱源を利用して改質装置に供給される燃料を予熱することができる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明による改質装置用燃料供給装置は、バーナーから熱エネルギーの提供を受けて、触媒反応によって燃料から水素を含む改質ガスを発生させる改質装置に前記燃料を供給するためのものであって、前記燃料を保存するメイン燃料タンク、前記メイン燃料タンク及び前記改質装置に連結設置される補助燃料タンク、前記補助燃料タンクに接触設置されて、この補助燃料タンクに保存された燃料を加熱する加熱ユニットを含む。
【００１１】
本発明による改質装置用燃料供給装置は、前記メイン燃料タンクの容積が前記補助燃料タンクの容積より大きい構造からなる。
【００１２】
また、本発明による改質装置用燃料供給装置は、前記補助燃料タンクに保存された前記燃料が前記加熱ユニットによって加熱されながら前記改質装置に供給される構造からなる。
【００１３】
そして、本発明による改質装置用燃料供給装置は、前記メイン燃料タンク及び前記補助燃料タンクの内部の圧力差によって、前記メイン燃料タンクに保存された燃料が前記補助燃料タンクに供給される構造からなる。
【００１４】
また、本発明による改質装置用燃料供給装置は、前記補助燃料タンクが前記メイン燃料タンクに各々連結設置される第１タンク及び第２タンクからなる。
【００１５】
そして、本発明による改質装置用燃料供給装置は、前記加熱ユニットが前記補助燃料タンクの外周面にコイル形態に巻かれた熱線からなる。
【００１６】
また、本発明による改質装置用燃料供給装置は、前記加熱ユニットが前記補助燃料タンクの外周面にコイル形態に巻かれながら前記バーナーから排出される高温の排出ガスを通過させる第１パス部材を含むこともできる。
【００１７】
そして、本発明による改質装置用燃料供給装置は、前記加熱ユニットが前記補助燃料タンクの外周面にコイル形態に巻かれながら前記改質装置から排出される高温の排出ガスを通過させる第２パス部材含むこともできる。
【００１８】
同時に、このような目的を達成するために、本発明による燃料電池システムは、水素及び酸素の電気化学的な反応によって電気エネルギーを発生させる電気発生部、熱エネルギーによる触媒反応によって燃料から水素を含む改質ガスを発生させて、この改質ガスを前記電気発生部に供給する改質装置、空気と共に燃料を燃焼させて前記熱エネルギーを発生させて、この熱エネルギーを前記改質装置に提供するバーナー、前記燃料を前記改質装置に供給する燃料供給装置、空気を前記電気発生部に供給する空気供給部を含み、前記燃料供給装置は、前記燃料を保存するメイン燃料タンク、前記メイン燃料タンク及び前記改質装置に連結設置される補助燃料タンク、前記補助燃料タンクに接触設置されて、この補助燃料タンクに保存された燃料を加熱する加熱ユニットを含む。
【００１９】
本発明による燃料電池システムは、前記メイン燃料タンクが液体の燃料を保存する構造からなる。
【００２０】
また、本発明による燃料電池システムにおいて、前記バーナーは、気体の燃料及び空気の酸化反応によって前記熱エネルギーを発生させる構造からなる。
【００２１】
そして、本発明による燃料電池システムは、前記メイン燃料タンクの容積が前記補助燃料タンクの容積より大きい構造からなる。
【００２２】
また、本発明による燃料電池システムは、前記補助燃料タンクが前記メイン燃料タンクに各々連結設置される第１タンク及び第２タンクからなる。
【００２３】
そして、本発明による燃料電池システムは、前記メイン燃料タンク及び前記第１タンクが第１パイプラインによって連結設置されて、前記第１パイプライン上に第１開閉バルブが設置されている構造からなる。
【００２４】
また、本発明による燃料電池システムは、前記メイン燃料タンク及び前記第２タンクが第２パイプラインによって連結設置されて、前記第２パイプライン上に第２開閉バルブが設置されている構造からなる。
【００２５】
そして、本発明による燃料電池システムは、前記第１タンク及び前記改質装置が第３パイプラインによって連結設置されて、前記第３パイプライン上に第３開閉バルブが設置されている構造からなる。
【００２６】
また、本発明による燃料電池システムは、前記第２タンク及び前記改質装置が第４パイプラインによって連結設置されて、前記第４パイプライン上に第４開閉バルブが設置されている構造からなる。
【００２７】
そして、本発明による燃料電池システムは、前記加熱ユニットが前記補助燃料タンクの外周面にコイル形態に巻かれた熱線からなる。
【００２８】
また、本発明による燃料電池システムは、前記加熱ユニットが前記補助燃料タンクの外周面にコイル形態に巻かれながら前記バーナーから排出される高温の排出ガスを通過させる第１パス部材を含むこともできる。この場合、前記第１パス部材は、前記バーナーの排出部に連結設置される。
【００２９】
そして、本発明による燃料電池システムは、前記加熱ユニットが前記補助燃料タンクの外周面にコイル形態に巻かれながら前記改質装置から排出される高温の排出ガスを通過させる第２パス部材を含むこともできる。この場合、前記第２パス部材は、一側端部が前記改質装置の排出部に連結設置され、他側端部が前記電気発生部に連結設置される。
【００３０】
また、本発明による燃料電池システムは、前記空気供給部が空気ポンプを含むのが好ましい。
【００３１】
そして、本発明による燃料電池システムは、前記電気発生部を複数含み、これら電気発生部の集合体構造によるスタックを形成することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明による燃料電池システムによれば、従来とは異なり、改質装置に燃料を供給するための燃料ポンプを必要としないので、システム全体の駆動によって消耗される寄生電力を減少させ、システムの性能効率を向上させるのはもちろん、システム全体の大きさをコンパクトに実現することができる。
【００３３】
また、本発明による燃料電池システムによれば、バーナーまたは改質装置から発生する熱源を利用して改質装置に供給される燃料を予熱することができるので、燃料の予熱に必要な熱負荷を減少させ、エネルギーの損失を防止して、システム全体の効率及び性能をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１は本発明による燃料電池システムの第１実施形態を概略的に示したブロック図である。
【００３５】
図面を参照すれば、燃料電池システム１００は、水素を含む燃料を改質して水素を含む改質ガスを発生させて、この改質ガス及び酸化剤ガスを反応させて電気エネルギーを発生させる、高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ；ＰＥＭＦＣ）方式を採用している。
【００３６】
前記燃料電池システム１００において、電気を発生させるための燃料とは、水素を含むメタノール、エタノール、またはメタンガス、プロパンガスなどのような液体または気体状態の燃料を意味する。
【００３７】
前記酸化剤ガスとしては、別途の保存手段に保存された酸素、または酸素を含む空気をそのまま使用することができる。本実施形態では、空気をそのまま使用する。
【００３８】
燃料電池システム１００は、基本的に、水素及び酸素の電気化学的な反応によって電気エネルギーを発生させる電気発生部１１を含むスタック１０、熱エネルギーによる化学触媒反応によって前記液体の燃料から水素を発生させて、この水素を前記電気発生部１１に供給する改質装置２０、空気と共に前記気体の燃料を燃焼させて前記熱エネルギーを発生させて、この熱エネルギーを前記改質装置２０に提供するバーナー３０、前記液体の燃料を改質装置２０に供給する燃料供給装置５０、空気を前記電気発生部１１に供給する空気供給部７０を含んで構成される。
【００３９】
図２は図１に示したスタックの構造を示した分解斜視図であって、このスタックを構成する電気発生部１１は、膜−電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）１２を中心に置いてその両面にセパレータ（当業界では、二極式プレートともいう）（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）１６を配置して、最小単位の燃料電池（ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）を形成する。
【００４０】
したがって、本発明では、前記のような最小単位の燃料電池である電気発生部１１を複数形成して、これらを連続配置することによって、電気発生部１１の集合体構造によるスタック１０を形成することができる。
【００４１】
ここで、膜−電極接合体１２は、水素及び酸素の電気化学的な反応を起こす所定の面積の活性領域を有し、一面にアノード電極、他面にカソード電極が形成されて、二つの電極の間に電解質膜が形成された構造からなる。
【００４２】
前記スタック１０の具体的な構造は、通常の高分子電解質型燃料電池のスタックの構造からなるので、本明細書では、その詳しい説明は省略する。
【００４３】
図３は図１に示した改質装置の構造を概略的に示した断面構成図であって、本発明に適用される改質装置２０は、熱エネルギーによる触媒反応、例えば水蒸気改質、部分酸化、または自熱反応などの触媒反応によって前記液体の燃料から水素を含む改質ガスを発生させて、この改質ガスをスタック１０の電気発生部１１に供給する通常の改質装置の構造からなる。
【００４４】
このような改質装置２０は、前記反応を促進させるための通常の改質触媒２３、例えばペレット（ｐｅｌｌｅｔ）またはハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）形態の触媒が充填されている円筒形の反応器本体２１を含むことができる。
【００４５】
反応器本体２１には、後に詳細に説明する燃料供給装置５０によって前記液体の燃料をこの反応器本体２１の内部に注入するための第１注入部２１ａ、この反応器本体２１の内部で改質触媒２３による前記燃料の触媒反応によって発生する比較的高温の水素を排出するための第１排出部２１ｂが形成されている。
【００４６】
このとき、前記第１注入部２１ａは、後に詳細に説明する燃料供給装置５０と実質的に連結設置され、前記第１排出部２１ｂは、パイプラインによってスタック１０の電気発生部１１と連結設置されることができる。
【００４７】
代案として、前記改質装置２０は、前記のような円筒形の反応器本体２１を含むことに限定されず、反応基板上にチャンネルを形成して、このチャンネルの内表面に改質触媒層を形成する通常のプレートタイプの反応器本体を含むこともできる。
【００４８】
図４は図１に示したバーナーの構造を概略的に示した断面構成図であって、前記改質装置２０に熱エネルギーを提供するためのバーナー３０は、空気と共にメタンガスまたはプロパンガスなどのような気体状態の燃料を燃焼させて、予め設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させる構造からなる。
【００４９】
このバーナー３０は、改質装置２０と連結設置され、触媒による前記気体の燃料及び空気の酸化反応によって、この気体の燃料及び空気を燃焼させる方式に構成される。このようなバーナー３０は、通常の酸化触媒３３、例えばペレット（ｐｅｌｌｅｔ）またはハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）形態の触媒が充填されている円筒形のバーナー本体３１を含むことができる。
【００５０】
そして、前記バーナー本体３１には、別途に形成された燃料供給装置（図示せず）によって供給される気体の燃料及び空気をこのバーナー本体３１の内部に注入するための第２注入部３１ａ、このバーナー本体３１の内部で酸化触媒３３による気体の燃料及び空気の酸化反応によって発生する比較的高温の燃焼ガスを排出するための第２排出部３１ｂが形成されている。
【００５１】
このとき、前記第２注入部３１ａは、前記のように気体の燃料及び空気を供給する別途の燃料供給装置（図示せず）と実質的に連結設置され、前記第２排出部３１ｂは、後に詳細に説明する第１パス部材５９と連結設置されることができる。
【００５２】
代案として、前記バーナー３０は、前記のような円筒形のバーナー本体３１を含むことに限定されず、反応基板上にチャンネルを形成して、このチャンネルの内表面に酸化触媒層を形成する通常のプレートタイプのバーナー本体を含むこともできる。そして、前記バーナー３０は、前記のような触媒による酸化反応方式の構造からなることに限定されず、別途の点火装置を採用して、空気と共に前記気体の燃料を着火燃焼させて熱エネルギーを発生させる通常のバーナーの構造からなることもできる。
【００５３】
本実施形態で、前記空気供給部７０は、空気を吸入して、この空気をスタック１０の電気発生部１１に供給することができる空気ポンプ７１を含む。このとき、前記空気ポンプ７１は、パイプラインによってスタック１０と連結設置されることができる。
【００５４】
代案として、前記空気供給部７０は、ポンプを含むことに限定されず、通常のファンまたはブロワなどを含むこともできる。
【００５５】
以下、前記のように構成される燃料電池システム１００に含まれる本発明による燃料供給装置５０の実施形態を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００５６】
図５は本発明による燃料供給装置の実施形態を概略的に示した断面構成図である。
【００５７】
図面を参照すれば、本実施形態による燃料供給装置５０は、液体の燃料を保存するメイン燃料タンク５１、メイン燃料タンク５１及び改質装置２０に連結設置されて、メイン燃料タンク５１から予め設定された量の前記燃料の供給を受けて保存する少なくとも一つの補助燃料タンク５２、５２に接触設置されて、この補助燃料タンク５２に保存された燃料を加熱する加熱ユニット５５を含んで構成される。
【００５８】
メイン燃料タンク５１は、所定の容積の保存空間を形成して、この保存空間に液体の燃料を保存することができる構造からなる。前記メイン燃料タンク５１には、前記保存空間に液体の燃料を注入するための単一の注入口５１ａ、前記保存空間に保存された燃料を排出するための第１、２排出口５１ｂ、５１ｃが形成されている。このとき、前記各々の排出口５１ｂ、５１ｃは、後に詳細に説明する補助燃料タンク５２と各々連結されることができる。
【００５９】
前記補助燃料タンク５２は、メイン燃料タンク５１に保存された燃料を予め設定された量だけ保存することができる保存空間を形成する。このような補助燃料タンク５２は、メイン燃料タンク５１の第１排出口５１ｂに連結設置される第１タンク５３、及び第２排出口５１ｃに連結設置される第２タンク５４を含む。
【００６０】
このような第１、２タンク５３、５４は、メイン燃料タンク５１より相対的に容積が小さい保存空間を形成している。前記第１タンク５３には、液体の燃料を前記保存空間に注入するための第１注入口５３ａ、前記保存空間に保存された燃料を排出するための第１排出口５３ｂが形成されている。
【００６１】
また、前記第２タンク５４には、液体の燃料を前記保存空間に注入するための第２注入口５４ａ、前記保存空間に保存された燃料を排出するための第２排出口５４ｂが形成されている。
【００６２】
このとき、前記メイン燃料タンク５１の第１排出口５１ｂ及び第１タンク５３の第１注入口５３ａは第１パイプライン５６ａによって連結される。前記メイン燃料タンク５１の第２排出口５１ｃ及び第２タンク５４の第２注入口５４ａは第２パイプライン５６ｂによって連結される。前記第１タンク５３の第１排出口５３ｂ及び改質装置２０の第１注入部２１ａは第３パイプライン５６ｃによって連結される。そして、前記第２タンク５４の第２排出口５４ｂ及び改質装置２０の第１注入部２１ａは第４パイプライン５６ｄによって連結される。ここで、前記第３パイプライン５６ｃ及び第４パイプライン５６ｄは合流管形態に構成されて、改質装置２０の第１注入部２１ａに連結されるのが好ましい。
【００６３】
さらに、前記第１パイプライン５６ａ上には、メイン燃料タンク５１の第１排出口５１ｂを実質的に開閉するための第１開閉バルブ５７ａが設置されている（図１参照）。前記第２パイプライン５６ｂ上には、メイン燃料タンク５１の第２排出口５１ｃを実質的に開閉するための第２開閉バルブ５７ｂが設置されている（図１参照）。前記第３パイプライン５６ｃ上には、第１タンク５３の第１排出口５３ｂを実質的に開閉するための第３開閉バルブ５７ｃが設置されている（図１参照）。そして、前記第４パイプライン５６ｄ上には、第２タンク５４の第２排出口５４ｂを実質的に開閉するための第４開閉バルブ５７ｄが設置されている（図１参照）。
【００６４】
ここで、前記各々の開閉バルブ５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄは、第１、２タンク５３、５４の内部に作用する圧力によって各々のパイプライン５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄを選択的に開閉する通常のチェックバルブの構造からなる。
【００６５】
より詳細に説明すると、第１タンク５３の内部に予め設定された圧力値を超える圧力が作用するようになると、前記第１開閉バルブ５７ａは第１パイプライン５６ａを閉鎖し、前記第３開閉バルブ５７ｃは第３パイプライン５６ｃを開放する。反対に、第１タンク５３の内部に予め設定された圧力値を超えない（下回る）圧力が作用するようになると、前記第１開閉バルブ５７ａは第１パイプライン５６ａを開放し、前記第３開閉バルブ５７ｃは第３パイプライン５６ｃを閉鎖する。
【００６６】
そして、第２タンク５４の内部に予め設定された圧力値を超える圧力が作用するようになると、前記第２開閉バルブ５７ｂは第２パイプライン５６ｂを閉鎖し、前記第４開閉バルブ５７ｄは第４パイプライン５６ｄを開放する。反対に、第２タンク５４の内部に予め設定された圧力値を超えない（下回る）圧力が作用するようになると、前記第２開閉バルブ５７ｂは第２パイプライン５６ｂを開放し、前記第４開閉バルブ５７ｄは第４パイプライン５６ｄを閉鎖する。
【００６７】
本実施形態によれば、第１、２タンク５３、５４に保存された燃料を加熱する加熱ユニット５５は、前記燃料の体積を膨張させることによってその燃料を改質装置２０に供給し、第１、２タンク５３、５４の内部の圧力差を発生させて、メイン燃料タンク５１に保存された燃料を第１、２タンク５３、５４に供給するためのものである。
【００６８】
このような加熱ユニット５５は、バーナー本体３１の第２排出部３１ｂに連結され、かつ、第１、２タンク５３、５４の外周面に接触設置される第１パス部材５９を含む。前記第１パス部材５９は、バーナー本体３１の第２排出部３１ｂを通じて排出される比較的高温の燃焼ガスを通過させるパイプ形態に構成されて、第１、２タンク５３、５４の外周面にコイル形態に巻かれた構造からなる。このとき、第１パス部材５９の一側端部はバーナー本体３１の第１排出部３１ｂと連結され、他側端部は外部と連通するようになる。そして、前記第１、２タンク５３、５４に相応する第１パス部材５９の一側端部側には、通常のコントロールユニット（図示せず）によって制御されて、第１パス部材５９を選択的に開閉させるための第５、６開閉バルブ５７ｅ、５７ｆが設置されている（図１参照）。
【００６９】
実質的に、前記第１パス部材５９は、第５、６開閉バルブ５７ｅ、５７ｆによって第１、２タンク５３、５４の各々の外周面に燃焼ガスを通過させるが、理解の便宜上、以下の説明では、第１タンク５３の外周面に燃焼ガスを通過させる第１パス部材５９を第１パス５９ａと称し、第２タンク５４の外周面に燃焼ガスを通過させる第１パス部材５９を第２パス５９ｂと称する。
【００７０】
したがって、前記燃焼ガスは、第１パス５９ａを通過しながら第１タンク５３に保存された燃料を加熱し、第２パス５９ｂを通過しながら第２タンク５４に保存された燃料を加熱するようになる。
【００７１】
前記のように構成された本発明の第１実施形態による燃料電池システムの動作について、詳細に説明する。
【００７２】
まず、メイン燃料タンク５１の保存空間には、液体の燃料が充満して保存されていて、第１、２開閉バルブ５７ａ、５７ｂは第１、２パイプライン５６ａ、５６ｂを開放し、第３、４開閉バルブ５７ｃ、５７ｄは第３、４パイプライン５６ｃ、５６ｄを閉鎖した状態にある。これにより、メイン燃料タンク５１に保存された燃料は、第１、２パイプライン５６ａ、５６ｂを通じて第１、２タンク５３、５４の保存空間に供給されて、前記保存空間に予め設定された量だけ保存された状態にある。
【００７３】
この過程の間に、バーナー３０は別途の燃料供給装置（図示せず）から気体の燃料及び空気の供給を受けて、酸化触媒３３による酸化反応によってこの気体の燃料及び空気を燃焼させることによって、予め設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させて、この熱エネルギーを改質装置２０に提供するようになる。このとき、第５開閉バルブ５７ｅはコントロールユニットによって制御されて、第１パス５９ａを開放した状態にあり、第６開閉バルブ５７ｆはコントロールユニットによって制御されて、第２パス５９ｂを閉鎖した状態にある。
【００７４】
この場合、前記バーナー本体３１は、第２排出部３１ｂを通じて比較的高い温度の燃焼ガスを排出し、前記燃焼ガスは、第１パス５９ａを通過しながら第１タンク５３に保存された燃料を加熱する。
【００７５】
したがって、第１タンク５３に保存された燃料が燃焼ガスの熱の伝達を受けて加熱される間に、第１タンク５３の内部には、この燃料の体積膨張によって予め設定された圧力値を超える圧力雰囲気が形成される。
【００７６】
したがって、第１開閉バルブ５７ａが第１パイプライン５６ａを閉鎖し、第３開閉バルブ５７ｃが第３パイプライン５６ｃを開放することによって、前記加熱された燃料は第３パイプライン５６ｃを通じて改質装置２０の反応器本体２１の内部に注入されるようになる。
【００７７】
一方、第１タンク５３に保存された燃料が反応器本体２１に全て供給されると、第１タンク５３の内部空間には真空雰囲気が形成される。これにより、第１開閉バルブ５７ａは第１パイプライン５６ａを開放し、第３開閉バルブ５７ｃは第３パイプライン５６ｃを閉鎖する。そうすると、メイン燃料タンク５１及び第１タンク５３の内部の圧力差によって、前記メイン燃料タンク５１に保存された燃料は第１パイプライン５６ａを通じて第１タンク５３の内部に供給されるようになる。このとき、第５開閉バルブ５７ｅはコントロールユニットによって制御されて、第１パス５９ａを閉鎖した状態にある。
【００７８】
このような状態で、コントロールユニットによって第６開閉バルブ５７ｆを操作して、第２パス５９ｂを開放する。そうすると、バーナー本体３１の第２排出部３１ｂを通じて排出される燃焼ガスは、第２パス５９ｂを通過しながら第２タンク５４に保存された燃料を加熱する。
【００７９】
したがって、第２タンク５４に保存された燃料が燃焼ガスの熱の伝達を受けて加熱される間に、第２タンク５４の内部には、この燃料の体積膨張によって予め設定された圧力値を超える圧力雰囲気が形成される。
【００８０】
したがって、第２開閉バルブ５７ｂが第２パイプライン５６ｂを閉鎖し、第４開閉バルブ５７ｄが第４パイプライン５６ｄを開放することによって、前記加熱された燃料は第４パイプライン５６ｄを通じて改質装置２０の反応器本体２１の内部に注入されるようになる。
【００８１】
同様に、第２タンク５４に保存された燃料が反応器本体２１に全て供給されると、第２タンク５４の内部空間には真空雰囲気が形成される。これにより、第２開閉バルブ５７ｂは第２パイプライン５６ｂを開放し、第４開閉バルブ５７ｄは第４パイプライン５６ｄを閉鎖する。そうすると、メイン燃料タンク５１及び第２タンク５４の内部の圧力差によって、前記メイン燃料タンク５１に保存された燃料は第２パイプライン５６ｂを通じて第２タンク５４の内部に供給されるようになる。このとき、第６開閉バルブ５７ｆはコントロールユニットによって制御されて、第２パス５９ｂを閉鎖した状態にある。
【００８２】
このような状態で、コントロールユニットによって第５開閉バルブ５７ｅを操作して、第１パス５９ａを再び開放する。そうすると、バーナー本体３１の第２排出部３１ｂを通じて排出される燃焼ガスは、第１パス５９ａを通過しながら第１タンク５３に保存された燃料を加熱する。この後の動作は、前記の動作を継続反復するので、詳しい説明は省略する。
【００８３】
このような一連の反復過程を通して、メイン燃料タンク５１に保存された燃料は、バーナー本体３１から排出される燃焼ガスの熱エネルギーの提供を受けて所定の温度に予熱された状態で改質装置２０の反応器本体２１の内部に供給されるようになる。
【００８４】
これにより、前記改質装置２０は、バーナー３０から提供される熱エネルギーを吸熱し、改質触媒２３による触媒反応によって前記燃料から水素を含む改質ガスを発生させて、この改質ガスをスタック１０の電気発生部１１に供給する。
【００８５】
これと同時に、コントロールユニットによって空気ポンプ７１を稼動させて、空気をスタック１０の電気発生部１１に供給する。
【００８６】
そうすると、前記改質ガスは、電気発生部１１のセパレータ１６を通じて膜−電極接合体１２のアノード電極に供給される。そして、前記空気は、電気発生部１１のセパレータ１６を通じて膜−電極接合体１２のカソード電極に供給される。
【００８７】
したがって、前記アノード電極では、水素の酸化反応によって、前記水素を電子及びプロトン（水素イオン）に分解する。そうすると、前記プロトンは、膜−電極接合体１２の電解質膜を通じてカソード電極に移動し、電子は、電解質膜を通じて移動することができずにセパレータ１６または別途の端子部（図示せず）を通じて隣接する膜−電極接合体１２のカソード電極に移動するようになり、この時の電子の流れで電流を発生させる。そして、前記カソード電極では、電解質膜を通じてカソード電極に移動した水素イオン及び空気中に含まれている酸素の還元反応によって所定の温度の熱及び水分を発生させる。
【００８８】
これによって、本発明による燃料電池システム１００は、設定された出力量の電気エネルギーを所定のロード、例えばノートパソコン、ＰＤＡのような携帯用電子機器または移動通信端末機器に提供することができるようになる。
【００８９】
図６は本発明による燃料電池システムの第２実施形態を概略的に示したブロック図である。
【００９０】
図面を参照すれば、本実施例による燃料電池システム２００は、改質装置１２０から排出される高温の水素を利用して補助燃料タンク１５２に保存された燃料を加熱することによって、メイン燃料タンク１５１に保存された燃料を改質装置１２０に供給することができる燃料供給装置１５０を構成する。
【００９１】
このような燃料供給装置１５０は、前記水素を通過させる第２パス部材１５９を補助燃料タンク１５２の外周面に接触設置して構成される加熱ユニット１５５を含む。
【００９２】
本実施形態で、前記第２パス部材１５９は、パイプ形態に構成されながら、補助燃料タンク１５２の外周面にコイル形態に巻かれた構造からなることができる。このとき、第２パス部材１５９は、一側端部が改質装置１２０の水素排出部（図示せず）に連結設置され、他側端部がスタック１１０に連結設置される。
【００９３】
したがって、本実施形態による燃料電池システム２００は、システムの駆動中に改質装置１２０から排出される高温の水素が第２パス部材１５９を通過して補助燃料タンク１５２に保存された燃料を加熱することによって、前記実施形態と同様な動作によってメイン燃料タンク１５１に保存された燃料を所定の温度に予熱した状態で改質装置１２０に供給することができるようになる。
【００９４】
図７は本発明による燃料電池システムの第３実施形態を概略的に示したブロック図である。
【００９５】
図面を参照すれば、本実施形態による燃料電池システム３００は、補助燃料タンク２５２の外周面にコイル形態に巻かれた熱線２５９を利用して前記補助燃料タンク２５２に保存された燃料を加熱する燃料供給装置２５０を構成する。
【００９６】
前記熱線２５９は、図示されていないコントロールユニットによって所定の電源の印加を受け、電気抵抗による熱エネルギーを発生させる。
【００９７】
したがって、本実施形態による燃料電池システム３００は、前記熱線２５９によって補助燃料タンク２５２に保存された燃料を加熱することによって、前記実施形態と同様な動作によってメイン燃料タンク２５１に保存された燃料を所定の温度に予熱した状態で改質装置２２０に供給することができるようになる。
【００９８】
以上で、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明による燃料電池システムの第１実施形態を概略的に示したブロック図である。
【図２】図１に示したスタックの構造を示した分解斜視図である。
【図３】図１に示した改質装置の構造を概略的に示した断面構成図である。
【図４】図１に示したバーナーの構造を概略的に示した断面構成図である。
【図５】本発明による燃料供給装置の実施形態を概略的に示した断面構成図である。
【図６】本発明による燃料電池システムの第２実施形態を概略的に示したブロック図である。
【図７】本発明による燃料電池システムの第３実施形態を概略的に示したブロック図である。
【符号の説明】
【０１００】
１００  燃料電池システム
１０  スタック
１１  電気発生部
１２  膜−電極接合体
１６  セパレータ
２０  改質装置
２１  反応器本体
２１ａ  第１注入部
２１ｂ  第１排出部
２３  改質触媒
３０  バーナー
３１  バーナー本体
３１ａ  第２注入部
３１ｂ  第２排出部
３３  酸化触媒
５０  燃料供給装置
５１  メイン燃料タンク
５１ａ  注入口
５１ｂ、５１ｃ  第１、２排出口
５２  補助燃料タンク
５３  第１タンク
５３ａ  第１注入口
５３ｂ  第１排出口
５４  第２タンク
５４ａ  第２注入口
５４ｂ  第２排出口
５５  加熱ユニット
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ  第１、２、３、４パイプライン
５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄ、５７ｅ、５７ｆ  第１、２、３、４、５、６開閉バルブ
５９  第１パス部材
５９ａ、５９ｂ  第１、２パス
７０  空気供給部
７１  空気ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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